第十三講原子和原子核一、單項(xiàng)選擇題1盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是()解析：選D.粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn)，越靠近金箔，偏轉(zhuǎn)的角度越大，所以A、B、C錯(cuò)誤，D正確2表示放射性元素碘131(131 53I)衰變的方程是()解析：選B.衰變釋放出電子e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可進(jìn)一步確定選項(xiàng)B正確3已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量EnE1/n2，其中n2,3，.用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長(zhǎng)為()A BC D解析：選C.由EnE1/n2知，第一激發(fā)態(tài)的能量為E2，又，得，故C對(duì)，A、B、D錯(cuò)4關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()A.UThHe是衰變B.NHeOH是衰變C.HHHen是輕核聚變D.SeKr2e是重核裂變解析：選C.選項(xiàng)A中的質(zhì)量數(shù)不守恒，A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B中的方程是盧瑟福當(dāng)初用粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程，不是衰變方程，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；重核裂變是指一個(gè)原子序數(shù)較大的核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量核的反應(yīng)，而D選項(xiàng)不符合，D錯(cuò)誤只有選項(xiàng)C正確5美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)光子除了有能量之外還有動(dòng)量，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，被電子散射的X光子與入射的X光子相比()A速度減小 B頻率不變C波長(zhǎng)減小 D能量減小解析：選D.被電子散射的X光子與入射前相比，能量減小，Eh，所以頻率減小，光子的速度始終為光速不變，波長(zhǎng)增大6下列說(shuō)法正確的是()A中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)吸收能量B放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期減小C某原子核經(jīng)過(guò)一次衰變和兩次衰變后，核內(nèi)中子數(shù)減少4個(gè)D射線的電離作用很強(qiáng)，可用來(lái)消除有害靜電解析：選C.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)放出能量，半衰期與溫度無(wú)關(guān)，射線的穿透本領(lǐng)強(qiáng)，所以只有C項(xiàng)正確7.如圖中P為放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的天然放射源，其放出的射線在電場(chǎng)的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是()Aa為射線、b為射線Ba為射線、b為射線Cb為射線、c為射線Db為射線、c為射線解析：選B.根據(jù)三種射線的特點(diǎn)即為氦核He、為電子e、為電磁波(不帶電)可以得知選項(xiàng)B正確二、非選擇題8按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量_(選填“越大”或“越小”)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1 (E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子被電離后，電子速度大小為_(普朗克常量為h )解析：軌道半徑越大，能量越高，由電離能定義及光電效應(yīng)，得hE1mv2得.答案：越大9日本發(fā)生九級(jí)大地震，造成福島核電站嚴(yán)重的核泄漏事故在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過(guò)一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射在下列四個(gè)式子中，有兩個(gè)能分別反映131I和137Cs的衰變過(guò)程，它們分別是_和_(填入正確選項(xiàng)前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是_和_解析：根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒知，131I的衰變?yōu)檫x項(xiàng)B,137Cs的衰變?yōu)檫x項(xiàng)C,131I的中子數(shù)為1315378，137Cs的中子數(shù)為1375582.答案：BC788210 (1)下列說(shuō)法中正確的是_A黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律告訴我們能量是連續(xù)變化的B只要測(cè)量環(huán)境適合，可以同時(shí)確定微觀粒子的動(dòng)量和位置C忽略某星云與其他天體的相互作用，該星云內(nèi)天體總動(dòng)量守恒D一對(duì)正負(fù)電子碰撞發(fā)生湮滅，實(shí)物粒子不復(fù)存在，系統(tǒng)動(dòng)量不守恒(2)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和康普頓實(shí)驗(yàn)都證明了光具有_(填“粒子性”或“波動(dòng)性”)圖甲中金屬片張開是因?yàn)轵?yàn)電器帶_(填“正”或“負(fù)”)電，若改用強(qiáng)度較弱的紫外線照射鋅板_(填“能”或“不能”)使驗(yàn)電器張開；圖乙中1_(填“>”、“<”或“”)(3)核能是一種較好的清潔能源，某核電站的總裝機(jī)容量為P1.0×106 kW，正常工作時(shí)的效率為20%.利用核能的兩種途徑是什么？該核電站每天核燃料反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損為多少？解析：(1)正是從黑體輻射現(xiàn)象中普朗克提出了能量的量子化，A錯(cuò)誤；由測(cè)不準(zhǔn)原理知能量與時(shí)間、動(dòng)量與位置等是不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量的，B錯(cuò)誤；忽略某星云與其他天體的相互作用時(shí)，該星云內(nèi)天體所受外力之和為零，總動(dòng)量守恒，C正確；正負(fù)電子湮滅時(shí)，外力忽略，動(dòng)量與能量都是守恒的，D錯(cuò)誤(2)愛因斯坦用光子說(shuō)解釋了光電效應(yīng)，康普頓利用光子與電子碰撞時(shí)能量、動(dòng)量守恒解釋了康普頓效應(yīng)，故此兩實(shí)驗(yàn)證明了光具有粒子性鋅板在光的照射下發(fā)出電子后，鋅板因缺少電子而帶正電能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，所以換用強(qiáng)度較弱的紫外線照射時(shí)仍能發(fā)生光電效應(yīng)光子與電子碰后電子從入射光子中獲得能量，使光子能量減小，頻率減小(3)利用核能的兩種途徑為重核裂變和輕核聚變由質(zhì)能方程Emc2及PtE·知m kg4.8×103 kg.答案：(1)C(2)粒子性正能>(3)重核裂變和輕核聚變4.8×102 kg11太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽(yáng)的能源(1)寫出這個(gè)核反應(yīng)方程(2)這一核反應(yīng)能釋放出多少能量？(3)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.8×1026 J，則太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量為多少？(4)若太陽(yáng)質(zhì)量減小萬(wàn)分之三時(shí)，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽(yáng)還能存在多少年？(mp1.0073 u，m4.0015 u，me0.00055 u，太陽(yáng)的質(zhì)量為2×1030 kg)解析：(1)核反應(yīng)方程：4HHe2e.(2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損m4mpm2me0.0266 u釋放的核能Emc20.0266×931.5 MeV24.78 MeV.(3)太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量m kg4.22×109 kg.(4)太陽(yáng)減少的質(zhì)量為0.0003M時(shí)，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，太陽(yáng)存在的時(shí)間t s1.42×1017 s4.5×109年答案：(1)4HHe2e(2)24.78 MeV(3)4.22×109 kg(4)4.5×109年12已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑r10.53×1010 m，基態(tài)的能級(jí)值為E113.6 eV.(1)求電子在n1的軌道上運(yùn)動(dòng)形成的等效電流(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n3的激發(fā)態(tài)，畫一能級(jí)圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線(3)計(jì)算這幾條光譜線中最長(zhǎng)的波長(zhǎng)解析：(1)電子繞核運(yùn)動(dòng)具有周期性，設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T，由牛頓第二定律和庫(kù)侖定律有：km()2r1又軌道上任一處，每一周期通過(guò)該處的電荷量為e，由電流的定義式得所求等效電流I聯(lián)立式得I× A1.05×103 A.(2)由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射，會(huì)得到三條光譜線，如右圖所示(3)三條光譜線中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子能量最小，發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的能量差最小，根據(jù)氫原子能級(jí)的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n3的能級(jí)躍遷到n2的能級(jí)，設(shè)波長(zhǎng)為，由hE3E2，得 m6.58×107 m.答案：(1)1.05×103 A(2)見解析(3)6.58×107 m